CN101625921A - 磁性器件、磁性器件配置方法及开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性器件，包括磁芯和线包，磁芯包括绕线体，绕线体形成磁芯的第一窗口的一边，线包穿过第一窗口绕置在绕线体上，所述线包与绕线体的平均间距不小于所述第一窗口的宽度的20％。线包与绕线体的平均间距优选至少为1mm。本发明同时公开了一种采用该磁性器件的开关电源。本发明还公开了一种磁性器件的配置方法，绕置线包时，使线包与绕线体的平均间距不小于第一窗口的宽度的20％，安置时，使绕线体顺着风道方向。采用使线包外扩的结构，改善磁芯的局部热点，有利于散热；绕线体顺着风道方向设置，使风能够直接吹到磁芯被包裹部分，达到加强散热的效果，从而保证磁性器件的热稳定性。

Description

磁性器件、磁性器件配置方法及开关电源

技术领域

本发明涉及磁性器件，具体涉及一种磁性器件、磁性器件配置方法及开关电源。

背景技术

在开关电源的设计中，传统的磁性器件设计均采用骨架(有骨架磁性器件)或线包(无骨架磁性器件)紧贴磁芯(如中柱或边柱)的绕制方法，如图1所示。传统的设计方法主要有以下两个缺陷：1)磁芯的绕线部分(如中柱或边柱)被骨架或线包紧紧包裹，热量易累积而得不到有效的发散；2)线包紧贴磁芯，加大了磁芯被包裹部分的磁通分布的不均衡性，磁通密度较大的区域形成局部热点，增加了磁芯内部温度分布的不均匀，易导致局部过热。另外，传统的磁性器件配置时采用立式放置方式，磁芯被包裹部分垂直于风道方向，更加不利于该部分所产生热量的发散。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提供一种磁性器件及其配置方法，使磁芯被线包围绕包裹的部分能够更有利地散热，避免局部热量的累积过多对器件带来不良影响。本发明的另一目的是提供一种开关电源，其采用的磁性器件具有上述优点，有利于散热，从而提高电源可靠性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磁性器件，包括磁芯和线包，所述磁芯包括绕线体，所述绕线体形成所述磁芯的第一窗口的一边，所述线包穿过所述第一窗口绕置在所述绕线体上，其特征在于，所述线包与所述绕线体的平均间距不小于所述第一窗口的宽度的20％。

优选地，

所述线包与所述绕线体的平均间距至少为1mm。

所述线包与所述绕线体的平均间距为2.5mm。

还包括至少一部分位于所述线包和所述绕线体之间的骨架，所述骨架的内壁与所述绕线体的平均间距至少为1mm。

所述磁芯为EE型或EI型，所述绕线体为所述磁芯的中柱。

一种开关电源，其特征在于，采用如前所述的磁性器件。

优选地，磁性器件按照其绕线体顺着开关电源的风道方向的方式设置。

一种磁性器件的配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、选配磁芯和线包，所述磁芯的绕线体形成所述磁芯的第一窗口的一边；

B、将所述线包穿过所述第一窗口绕置在所述绕线体上，并使线包与所述绕线体的平均间距不小于所述第一窗口的宽度的20％。

优选地，

所述步骤B中，使所述线包与所述绕线体的平均间距至少为1mm。

还包括以下步骤：

C、采用使所述绕线体顺着风道方向的方式安置磁性器件。

本发明有益的技术效果是：

本发明的磁性器件中，线包与磁芯的绕线体的平均间距不小于磁芯第一窗口的宽度的20％，该平均间距优选至少为1mm，采用使线包较现有方案外扩的手段，增大线包与磁芯的绕线体(如磁芯用于绕置线包的中柱或边柱)的间距，减小了磁芯被包裹部分的局部磁通密度，由此降低了局部热点的温度，加强了磁芯散热效果，使其温度保持在合理的范围之内，从而提高了磁性器件的热稳定性，进而能够保证采用该磁性器件的开关电源模块的可靠性。

将磁芯的绕线体顺着风道方向放置，如侧卧并平行于风道方向，使风能够直接吹到磁芯被包裹部分而迅速带走热量，从而达到了加强散热的效果。

附图说明

图1为现有磁性器件的结构示意图；

图2为本发明磁性器件一种实施例的结构示意图；

图3a为本发明谐振电感一种实施例的外形图；

图3b为图3a所示谐振电感的侧视图；

图4为本发明磁性器件配置方法一种实施例的流程图。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

具体实施方式

请参考图2，磁性器件包括磁芯1和线包2，磁芯包括绕线体，线包2绕置在绕线体上。本实施例采用带有骨架的EE型磁芯，绕线体即磁芯中柱，磁芯中柱和两个边柱(即图2中磁芯1顶端和低端的柱体)之间形成第一窗口11和第二窗口12，线包2穿过第一窗口11和第二窗口12包裹磁芯中柱，在线包2和磁芯中柱之间还设置有起线包支撑作用的骨架3，线包2紧靠骨架3外壁，骨架3从线包2内侧包裹磁芯中柱。与图1所示的传统磁性器件相比，图2所示的磁性器件的线包2与其所包裹的绕线体采用了更大的间隙设置，即线包2与磁芯中柱之间的平均间距更大。具体的，骨架内壁与其包裹的磁芯中柱的平均间距L在第一窗口11及第二窗口12宽度的20％以上，且优选至少为1mm，而线包2与磁芯中柱之间的距离则略大于该平均间距L。

磁芯绕线体也可以是磁芯的边柱(例如采用EI型或UU型磁芯)，此情形下，上述的间距即换成骨架内壁与边柱的间距。

磁性器件具体可以是一种谐振电感，请参考图3a和图3b，谐振电感包括磁芯1、线包2及骨架(未标示)。磁芯1采用PQ型磁芯。骨架与磁芯1之间的平均间隙为2.5mm。线包2外覆了EMC屏蔽用的铜皮。此外，谐振电感还包括底座4，底座4起到垫高磁芯1以加强散热的作用。

本发明可以应用于各类有骨架和无骨架的平板磁芯设计，可以采用EE、ETD、EC、EI、PQ、RM、UU等各种常规磁芯类型，并适用于开关电源各种电感和变压器的设计。

本发明在另一方面提供一种开关电源，其中采用了本发明的磁性器件。优选使磁性器件按照其绕线体顺着开关电源的风道方向的方式设置。

本发明在又一方面提供一种磁性器件的配置方法，请参考图2和图4，一种实施例包括以下步骤：

步骤S1、选配EE型磁芯1和线包2，其中，磁芯1的绕线体为磁芯中柱，其形成磁芯1的第一窗口11和第二窗口12的共有边；

步骤S2、将线包2穿过第一窗口11和第二窗口12绕置在磁芯中柱上，并使线包2与其包裹的磁芯中柱的平均间距L不低于第一窗口11及第二窗口12宽度的20％。采用带有骨架的磁芯1时，优选将骨架内壁与其包裹的磁芯中柱的平均间距L设置在第一窗口11及第二窗口12宽度的20％以上，且更优选至少为1mm。

步骤S3、安装固定磁性器件，采用将绕线体即磁芯中柱与风道方向平行的方式放置，即磁芯被线包包裹部分为顺着风道方向卧式安置。这种安置方式使骨架内壁与磁芯之间的区域无物体阻隔，使风能够直接吹到磁芯被包裹部分。

下表展示了在多种不同输出条件下采用本发明的器件的磁芯温度与传统设置方案下的磁芯温度的实验数据对比。

表1本发明实施例与传统方案关于磁芯温度的效果对比

               线包紧贴磁芯、立式放置时的    线包与磁芯间距

输出条件       磁芯温度(℃)                  2mm、卧式安置时

                                             的磁芯温度(℃)

53.4V×55A     96.2                          73.6

48V×60.5A     102.5                         74.0

42V×60.5A     118.4                         78.6

40V×60.5A     124.6                         78.8

35V×57A       热损坏                        87.3

30V×54A       热损坏                        85.4

25V×50A       热损坏                        86.7

20V×50A       热损坏                        89.8

从表1可见，将线包与磁芯的间距维持为2mm并采用卧式安置的磁性器件，其磁芯温度在同等输出条件下明显低于传统方案，并能有效避免温度过高带来的热损坏。

本发明的磁性器件采用使线包外扩的结构来改善磁芯的局部热点，加强散热效果，从而使磁芯的温度保持在合理的范围之内。进一步地，将磁芯被线包包裹的部分顺着风道方向侧卧放置，使风能够直接吹到磁芯被包裹部分，迅速带走热量，达到加强散热的效果，从而保证磁性器件的热稳定性和采用该磁性器件的开关电源模块的可靠性。本发明可以在最恶劣的情况下使磁芯局部热点温升下降60摄氏度，能够解决电源模块开发过程中的瓶颈问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁性器件，包括磁芯和线包，所述磁芯包括绕线体，所述绕线体形成所述磁芯的第一窗口的一边，所述线包穿过所述第一窗口绕置在所述绕线体上，其特征在于，所述线包与所述绕线体的平均间距不小于所述第一窗口的宽度的20％。

2.如权利要求1所述的磁性器件，其特征在于：所述线包与所述绕线体的平均间距至少为1mm。

3.如权利要求2所述的磁性器件，其特征在于：所述线包与所述绕线体的平均间距为2.5mm。

4.如权利要求2所述的磁性器件，其特征在于：还包括至少一部分位于所述线包和所述绕线体之间的骨架，所述骨架的内壁与所述绕线体的平均间距至少为1mm。

5.如权利要求1所述的磁性器件，其特征在于：所述磁芯为EE型或EI型，所述绕线体为所述磁芯的中柱。

6.一种开关电源，其特征在于，包括如以上任意一项权利要求所述的磁性器件。

7.如权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述磁性器件按照其绕线体顺着开关电源的风道方向的方式设置。

8.一种磁性器件的配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、选配磁芯和线包，所述磁芯的绕线体形成所述磁芯的第一窗口的一边；

B、将所述线包穿过所述第一窗口绕置在所述绕线体上，并使线包与所述绕线体的平均间距不小于所述第一窗口的宽度的20％。

9.如权利要求8所述的磁性器件的配置方法，其特征在于，所述步骤B中，使所述线包与所述绕线体的平均间距至少为1mm。

10.如权利要求8或9所述的磁性器件的配置方法，其特征在于，还包括以下步骤：

C、采用使所述绕线体顺着风道方向的方式安置磁性器件。

Images